崔亞龍

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司第二工程有限公司，河北唐山064000）

巖溶路基注漿加固施工技術(shù)

崔亞龍

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司第二工程有限公司，河北唐山064000）

巖溶是水對(duì)地表及地下可溶性巖石的化學(xué)溶解和機(jī)械破壞剝蝕過(guò)程中所產(chǎn)生的一種不良地質(zhì)現(xiàn)象，它對(duì)路基存在極其嚴(yán)重的危害作用，也對(duì)道路行車(chē)安全構(gòu)成隱患.通過(guò)對(duì)南寧平象立交工程巖溶地區(qū)路基注漿施工工藝及遇到的不同類(lèi)型溶洞或裂隙所采用的不同控制及檢測(cè)方法的介紹，可為類(lèi)似工程施工提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

路基；巖溶注漿；施工技術(shù)

1 巖溶注漿施工概述

南寧平象立交工程位于五象大道與平樂(lè)大道兩個(gè)主干道的交叉口，是五象新區(qū)的第一門(mén)戶。該工程為全互通立交，上下3層，包括2條主線、8條機(jī)動(dòng)車(chē)匝道、8條地面輔道，15座橋梁、4座通道，建筑面積38萬(wàn)平方米，是南寧市政互通立交中目前體量最大的一座。該項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜多變，多為松軟土巖溶路基，上覆黏土，為軟塑及硬塑層，下伏風(fēng)化灰?guī)r、巖溶及裂隙發(fā)育區(qū)。設(shè)計(jì)采用巖溶注漿加固，其工作原理是在土石界面處壓漿封堵固化淺部巖溶（溶洞、溶蝕、裂隙）和地下水侵蝕作用形成的土洞，填充土中的空隙，形成水平帷幕封堵地下水通道，隔斷地下水對(duì)持力層的影響，達(dá)到加固持力層地基的目的，防止沉陷，確保行車(chē)安全。

為確保地基加固質(zhì)量，選定DK12+300～DK12+400段為注漿試驗(yàn)段，通過(guò)試驗(yàn)選定注漿施工工藝、施工機(jī)具、各種注漿參數(shù)等技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)而推廣到全標(biāo)段施工。通過(guò)注漿前后注水試驗(yàn)及物探檢測(cè)顯示，注漿孔的漿液充分?jǐn)U散填充了溶蝕裂隙和溶洞，改變了巖土結(jié)構(gòu)，提高了強(qiáng)度，堵塞了地下水的滲透和潛蝕通道，注漿效果十分明顯，從根本上消除了形成溶蝕塌陷的因素，滿足路基加固質(zhì)量要求。

2 主要施工參數(shù)的選定

2.1 施工設(shè)備選定

（1）鉆機(jī)機(jī)械。鉆機(jī)型號(hào)2種，XY-1，鉆進(jìn)深度100 m，開(kāi)孔直徑110 mm，終孔直徑91 mm，鉆桿直徑42 mm，柴油機(jī)功率10 kW；XY-1A，鉆進(jìn)深度150 m，開(kāi)孔直徑110 mm，終孔直徑91 mm，鉆桿直徑42 mm，柴油機(jī)功率13 kW。所選機(jī)械應(yīng)滿足注漿孔的大小、深度及地質(zhì)情況要求。

（2）注漿機(jī)械。注漿泵型號(hào)JH-5，排出壓力0～1.5 MPa，排漿量100 L/min，出口直徑32 mm，吸口直徑42 mm，電機(jī)功率5.5 kW。所選注漿泵，具有泵體抗腐蝕材料，壓力、流量大，體積小重量輕，搬運(yùn)方便的特性，滿足注漿工藝要求。

2.2 施工工藝的選定

注漿施工工藝流程見(jiàn)圖1。施工過(guò)程中應(yīng)注意5項(xiàng)。

（1）鉆進(jìn)過(guò)程中遇巖層破碎造成卡鉆，應(yīng)停止鉆進(jìn)，進(jìn)行掃孔后再行鉆進(jìn)。

（2）注漿時(shí)當(dāng)遇到鉆孔串漿時(shí)，采用間隔一孔或幾孔注漿方式，并將被串漿孔同時(shí)注漿或封堵。

（3）在注漿過(guò)程中遇到冒漿時(shí)，如冒漿點(diǎn)在3～5 m以外，則根據(jù)注漿終止條件可結(jié)束注漿。如冒漿點(diǎn)在3 m以內(nèi)，采用開(kāi)挖填堵水泥或水泥+水玻璃，降低注漿壓力措施[1]。

（4）注漿中，注漿量和注漿壓力是兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。一般規(guī)律是：初始階段壓力較低，注入量較大；正常階段壓力和注入量呈小的波浪式起伏狀態(tài)，但總的比較平穩(wěn)；壓密注滿階段注入量迅速遞減而壓力迅速升高；在注漿中根據(jù)設(shè)計(jì)注漿量和壓力按照上述規(guī)律進(jìn)行控制[2]。

（5）為不破壞注漿帳幕，注漿應(yīng)在預(yù)應(yīng)力管樁后續(xù)施工，以避免管樁施工的振動(dòng)。

2.3 主要施工參數(shù)的選定

（1）注漿材料的選定。正確地選用漿液是確保注入效果的關(guān)鍵。根據(jù)地質(zhì)鉆探情況，選擇水泥漿液，采用32.5級(jí)硅酸鹽水泥。水泥基漿液分為3類(lèi)：純水泥漿液、純水泥漿液+水玻璃漿液、中粗砂＋水泥漿液和水泥＋水玻璃漿液。施工表明，純水泥漿液為懸濁液，適用于巖石裂縫的填充補(bǔ)強(qiáng)，也適合填充空洞。若遇空的巖溶通道、較大溶洞和裂隙處，視具體情況先灌入中粗砂或水泥砂漿對(duì)溶蝕腔體進(jìn)行充填，再采用水泥漿液或水泥＋水玻璃漿液[3]。

水泥漿液隨著水灰比的增大，漿液的黏度、密度、結(jié)石率、抗壓強(qiáng)度都有十分明顯地降低，初凝、終凝時(shí)間增長(zhǎng)。試驗(yàn)段施工表明：水灰比應(yīng)控制在0.8～1，以0.8為主，此時(shí)漿液的黏度、結(jié)石強(qiáng)度及滲透系數(shù)均能滿足施工要求，效果很好。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，溫度27～35℃，初凝時(shí)間120～240 min。

施工中漿液的攪拌時(shí)間≥30 s，使其均勻拌合。但攪拌時(shí)間也不能過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)闈{液的黏度與攪拌時(shí)間成正比，結(jié)石強(qiáng)度卻與攪拌時(shí)間成反比，攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成水泥水化形成的凝膠結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。實(shí)際施工中漿液攪拌時(shí)間30 s后即使用，使用前用比重計(jì)測(cè)定漿液的配比濃度，并做好施工記錄。

水泥砂漿液中，水∶水泥∶砂=（0.8～1）∶1∶1。水泥＋水玻璃漿液克服了純水泥漿液凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)石率低等缺點(diǎn)，提高了注漿效果。水玻璃摻入量是水泥量的8%～20%，混合漿液重量配比，水∶水泥∶水玻璃=（0.8～1）∶1∶（0.08～0.2）。水玻璃波美度為38～43°。施工表明，水玻璃能顯著加快水泥漿液的凝結(jié)時(shí)間。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，水灰比0.8～1，水玻璃摻入量2～20%，波美度38～43°，溫度27～35℃時(shí)，水泥漿液的凝結(jié)時(shí)間20～80 min。

水泥＋水玻璃漿液如果膠凝時(shí)間過(guò)短，不能滿足施工要求時(shí)，可以加入緩凝劑，抑制水泥和水玻璃的反應(yīng)速度，控制調(diào)節(jié)水泥＋水玻璃漿液凝結(jié)時(shí)間，提高漿液的滲透力，增大漿液的擴(kuò)散距離。采用磷酸二氫納做緩凝劑效果很好。緩凝劑用量按水泥重量的2.5～3.0%選定為好。這個(gè)用量既可增長(zhǎng)凝膠時(shí)間，又能確保固結(jié)強(qiáng)度不顯著下降。使用緩凝劑時(shí)應(yīng)注意加料順序、攪拌時(shí)間和放置時(shí)間。加料順序?yàn)椋核從齽?，攪拌時(shí)間應(yīng)≥5 min，放置時(shí)間≤30 min。

水泥水化過(guò)程中大約需要自身重量25%的水，按水灰比0.8～1計(jì)算，有55%～75%的水屬于多余的。僅用于漿液輸送，將水泥顆粒載運(yùn)到預(yù)定地點(diǎn)后，多余的水應(yīng)排出。由于基巖堅(jiān)硬，上覆不透水的紅粘土，水泥漿不能固結(jié)排水，多余的水是通過(guò)沉積層頂部微小的縫隙內(nèi)以清水形式流到路基外，或與水玻璃反應(yīng)形成晶體。

（2）注漿壓力選定。在注漿過(guò)程中對(duì)于注漿壓力參數(shù)控制相當(dāng)重要，它直接影響注漿質(zhì)量。施工中當(dāng)巖溶一般發(fā)育時(shí)采用注漿壓力0.6～0.8 MPa，當(dāng)巖溶極發(fā)育時(shí)采用注漿壓力0.1～0.3 MPa，上述壓力能夠滿足注漿要求。注漿壓力在巖土界面附近可逐漸加大，最大注漿壓力不得超過(guò)0.8～1 MPa。在注漿過(guò)程中遇到冒漿時(shí)，如冒漿點(diǎn)在3～5 m以外，則根據(jù)注漿終止條件可結(jié)束注漿。如冒漿點(diǎn)在3 m以內(nèi)，采用開(kāi)挖填堵水泥或水泥+水玻璃，降低注漿壓力措施。當(dāng)遇到鉆孔串漿時(shí)，可將被串漿孔同時(shí)注漿或封堵被串漿孔。

圖1 注漿施工工藝流程

理論計(jì)算和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知：基巖上部黏土劈裂注漿的初始注漿壓力值P0稍大于2倍土層重量的壓力，在該壓力作用下軟黏土開(kāi)始產(chǎn)生劈裂。當(dāng)注漿壓力達(dá)到P0后，進(jìn)入劈裂注漿的劈裂流動(dòng)階段，隨后壓力降低，裂縫發(fā)展到一定程度之后，注漿壓力又重新上升進(jìn)入劈裂注漿的被動(dòng)土壓力階段。這時(shí)需要有更大的注漿壓力才能使土中裂隙加寬或產(chǎn)生新的裂縫，出現(xiàn)第二個(gè)壓力峰值，在產(chǎn)生水平劈裂后形成水平方向的漿脈時(shí)，就可能使基礎(chǔ)上抬?；A(chǔ)上抬會(huì)破壞上部硬殼結(jié)構(gòu)，特別是土層抬升會(huì)引起注漿范圍內(nèi)的CFG樁或樹(shù)根樁上移斷裂，因此應(yīng)控制注漿壓力盡可能減少地表抬升變形。實(shí)際施工中注漿最大壓力Pmax控制在0.8～1 MPa。

（3）樁位布置。采用坐標(biāo)和鋼尺相結(jié)合的辦法確定樁位。根據(jù)設(shè)計(jì)樁位，用全站儀在路基斷面內(nèi)每20～30 m施放定位控制樁；根據(jù)施工平面布置圖及定位控制樁用鋼尺逐樁放樣，并打入竹片定位；用這2種方法布置樁位，樁偏差＜50 mm，滿足規(guī)范要求。

（3）鉆機(jī)垂直度控制。現(xiàn)場(chǎng)采用錘球法簡(jiǎn)單實(shí)用，能滿足規(guī)范要求。

3 注漿效果檢驗(yàn)

3.1 注水(壓水)試驗(yàn)和驗(yàn)證鉆孔

注漿后，以總孔數(shù)5%作注水(壓水)試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)結(jié)果表明，注漿后再壓水時(shí)壓水壓力陡升。注水試驗(yàn)單位長(zhǎng)度吸水量?jī)H為注漿前的1%～2%，注漿效果明顯。合格率100%。通過(guò)鉆取巖芯檢查漿液充填情況，灰?guī)r中的節(jié)理裂隙為水泥填充，溶洞中鉆出柱狀水泥塊。

3.2 物探檢測(cè)

對(duì)注漿試驗(yàn)段進(jìn)行物探檢測(cè)，注漿效果明顯。以試驗(yàn)段為例，在注漿區(qū)剖面6.5 m深內(nèi)，電阻率在50～140 Ω·m，比一般土層電阻率高。DK1228+280～+300沒(méi)有注漿，電阻率在50～120 Ω·m。DK1228+300～+477注漿段電阻率在80～140 Ω·m，兩者相比較，注漿段比未注漿段電阻率值大約提高10%～20%，原因之一是淺層含水量低注漿凝固較快，注漿形成的灰樁使整體電阻率略有提高，當(dāng)然還與上部是硬塑土層，含水量較小等因素有關(guān)。

注漿區(qū)深6.5 m到基巖面，電阻率變低，在10～60 Ω·m之間，推測(cè)與此段含水量較高的軟塑土層有關(guān)，雖注漿后電阻率有所提高，但因?yàn)楹扛?，電阻率整體表現(xiàn)出低值。DK1228+ 300～+390段和DK1228+410～+440段，深度10 m左右，土層電阻率在10～40 Ω·m?？傮w上分析，此深度范圍雖然電阻率較低，注漿后電阻率也低，但是整體上還是有所提高，只是沒(méi)有上部明顯。

剖面內(nèi)高程在10～20 m區(qū)域，電阻率等值線由稀疏變致密再變稀疏，此致密帶對(duì)應(yīng)深度推測(cè)為基巖位置。注漿區(qū)基巖面有一定的起伏，基巖面下6 m電阻率相對(duì)較低，絕對(duì)值＜120 Ω·m，反應(yīng)出基巖表層有風(fēng)化或巖溶裂隙，等值線呈水平近似平行分布，說(shuō)明注漿雖然沒(méi)使巖石電阻率有明顯提高，但對(duì)基巖表層變得相對(duì)均勻方面起了一定作用。以下電阻率絕對(duì)值＞200 Ω·m，電阻率等值線呈水平層狀，并快速增大，反映出注漿區(qū)下部基巖整體較為完整。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工問(wèn)題及處理

4.1 溶洞處理措施

通過(guò)先導(dǎo)孔探明溶洞發(fā)育情況，根據(jù)溶洞發(fā)育的特點(diǎn)，可將其分為3類(lèi)：輕微溶蝕、一般溶洞、復(fù)雜溶洞。由于巖溶發(fā)育復(fù)雜，對(duì)于溶洞注漿處理，應(yīng)遵循先易后難的施工原則，即先處理輕微溶蝕或一般溶洞，基本摸清溶洞發(fā)育情況后，再處理復(fù)雜溶洞[4]。據(jù)其特點(diǎn)采用相應(yīng)的施工方案。

（1）輕微溶蝕。輕微溶蝕是指節(jié)理巖體、節(jié)理化巖體、巖溶發(fā)育輕微及封閉的比較小的溶洞。該類(lèi)輕微溶蝕吸漿量一般比較小，適合于單液注漿工法。若洞內(nèi)無(wú)填充物或填充物不滿時(shí)，注漿開(kāi)始及前期注漿量較大，可適當(dāng)添加中粗砂擠密填筑溶洞，直至停止漏漿;若充填物呈松散或軟塑，或已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)時(shí)，直接注漿固結(jié)即可。

（2）一般溶洞。一般溶洞是指溶洞發(fā)育明顯，無(wú)大裂隙穿過(guò)，鉆機(jī)注漿孔鉆進(jìn)成孔施工時(shí)，鉆進(jìn)冷卻水和泥漿會(huì)明顯泄漏，需及時(shí)補(bǔ)充。處理方法是施工時(shí)鉆機(jī)鉆孔穿過(guò)溶洞至溶洞底部后，再鉆進(jìn)1 m；首先選用單液注漿，并且添加中粗砂擠密填筑溶洞；如果注漿流量較大或注漿量超過(guò)設(shè)計(jì)量1.5倍，改用雙液注漿工法。

（3）復(fù)雜溶洞。復(fù)雜溶洞是指溶洞發(fā)育明顯或斷裂帶高度發(fā)育地區(qū)，并有明顯裂隙，空隙相當(dāng)發(fā)育、分布廣泛、孔徑大、連通性好，鉆機(jī)注漿孔鉆進(jìn)成孔施工時(shí)，鉆進(jìn)冷卻水和泥漿泄漏嚴(yán)重。處理方法是施工時(shí)鉆機(jī)鉆孔穿過(guò)溶洞至溶洞底部后，再鉆進(jìn)1 m；先進(jìn)行溶洞內(nèi)的充填加固，把溶洞用水泥、中粗砂灰漿填滿，該地區(qū)吸漿量一般均比較大，注漿采用雙液注漿工法[5]。

對(duì)于較大溶洞，大裂隙，漿液遇水易稀釋而不易固結(jié)，在動(dòng)水或大溶洞、裂隙中，甚至多年不固結(jié)，很難形成整體的堵水帷幕，因而會(huì)導(dǎo)致注漿帷幕的堵水效率低，通過(guò)注漿孔觀察發(fā)現(xiàn)地下水位較高時(shí)，漿液濃度可先稀后稠，適當(dāng)降低水灰比，提高漿液濃度。水泥或雙液漿液以膠結(jié)方式充填于地下裂隙中并將其膠結(jié)起來(lái)，對(duì)裂隙起封閉作用，因固化后所形成結(jié)石體積較大，因而注漿應(yīng)在預(yù)應(yīng)力管樁后續(xù)施工，以避免管樁施工的震動(dòng)。由于漿液中有多余水分，因而注漿后多余水分逸出多留下未被填滿的空隙，可以通過(guò)驗(yàn)孔對(duì)未被填滿的空隙再補(bǔ)充注漿。

4.2 根據(jù)擴(kuò)散半徑對(duì)注漿壓力的調(diào)整

所謂擴(kuò)散半徑，并非漿液最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離，而是符合設(shè)計(jì)要求的擴(kuò)散距離。試驗(yàn)過(guò)程中鉆孔取芯觀察，在0.1～0.3 MPa的注漿壓力下，由于注漿壓力低，壓力穩(wěn)定持續(xù)時(shí)間短，在灰?guī)r與土層交接面，擴(kuò)散半徑約為1 m。在有充填的溶洞中，擴(kuò)散半徑受到巖溶裂隙的充填程度、發(fā)育方向及連通程度的影響，擴(kuò)散距離大小不等，在紅黏土層，擴(kuò)散半徑約50～80 cm，未有效形成帷幕。后將注漿壓力提高到0.6～0.8 MPa，擴(kuò)散半徑大幅提高，在孔與孔之間形成了交叉區(qū)域，基本保證了帷幕的形成。

5 施工體會(huì)及建議

（1）巖溶發(fā)育區(qū)地質(zhì)情況是十分復(fù)雜的，注漿過(guò)程中反映出的不同現(xiàn)象需要分析判定并采取相應(yīng)措施。判定不同現(xiàn)象的主要依據(jù)是鉆孔記錄、注漿壓力、注漿數(shù)量、冒漿情況等，這些數(shù)據(jù)應(yīng)集中綜合分析，不能只看一項(xiàng)數(shù)據(jù)而確定措施。

（2）注漿過(guò)程是控制整個(gè)巖溶注漿質(zhì)量的關(guān)鍵，是重點(diǎn)控制的過(guò)程。注漿工藝必須按照試驗(yàn)先行的原則進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)確定設(shè)備參數(shù)、漿液配合比等，注漿過(guò)程控制重點(diǎn)是壓力和流量，應(yīng)指派專(zhuān)人實(shí)施監(jiān)控。注漿過(guò)程中相關(guān)問(wèn)題的處理是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題要及時(shí)采取措施以及解決。注漿施工完成后要及時(shí)組織檢測(cè)，對(duì)不合格點(diǎn)要補(bǔ)充注漿。

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〔編輯 利文〕

U416.1

B

10.16621/j.cnki.issn.1001-0599.2017.02.48